钢的热处理
第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
钢的热处理
t2 t1
等温时间t M转变量与等温时间的关系
M转变是在Ms～Mf温度范围内迚行，与停留时间无关。
3
转变不完全
多数钢的Mf点在室温以下，因此冷却到室温时 仍会有A存在，称为残余A，用Ar表示。A的含碳 量越高，Ms、Mf就越低，所以Ar就越多。
100 80 60 40 20
4
瞬间形核，高速长大
Ms Mf 20 温度（℃） M转变量与温度的关系
E G A3
900
γ
Accm Arcm Acm
860
820
780
α+γ Ar3 P
Ac3
S
γ+Fe3C
K
740
临界点，它是制定热处理工
艺时选择加热和冷却温度的 依据。
700
α+Fe3C
660 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
w(C)%
3 钢在加热时的组织转变
3.1 A的形成
A A→F3C A→P A→B Ms
21 32
38
40 43 50 55
HRC
温度/℃
Mf
1 10 102 103 104 105
时间/s
影响C曲线的因素
⑴ 成分的影响
① 含碳量的影响：共析钢的C曲线最靠右，其余向左移动。
Ms 与Mf 点随含碳量增加而下降。
② 合金元素的影响
除Co 外, 凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移。
4
原始组织的影响 ——原始组织越细，相界面越多，越有利于A形核。
4 钢在冷却时的组织转变
连续冷却转变 热处理时常用的冷却方式
等温转变
由于冷却过程大多不是极其缓慢的，得到的组织是不平衡组织，因
钢的热处理
由于加热冷却速度直接影响转变温度 ，因此一般手册中的数据是以3050℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变； 另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织
根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工 艺分类如下：
、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理
上贝氏体转变过程
上贝氏体转变过程观察
当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成 针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁 素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类 型改变是通过切变实现的。
使切变部分的形状和体积发生变化，引起相 邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产 生浮凸现象。
马氏体转变 切变示意图
马氏体转变产生的表面浮凸
⑶ 降温形成 马氏体转变开始的温度称上马氏
体点，用Ms 表示.
马氏体转变终了温度称下马氏体 点，用Mf 表示.
只要温度达到Ms以下即发生马氏 体转变。
在Ms以下，随温度下降,转变量 增加，冷却中断,转变停止。
核率越高, 晶粒越细. ⑶合金元素：
钢的热处理定义及目的
钢的热处理定义及目的
嘿，朋友们！今天咱来唠唠钢的热处理。
那钢的热处理到底是啥呢？简单说呀，就是对钢进行一系列特别的操作。
咱先说说它的定义哈。
钢的热处理呀，就是通过加热、保温和冷却等手段，来改变钢的组织结构，从而让钢具备咱想要的性能。
就好比咱人要根据不同场合打扮自己一样，钢也要经过这样的“打扮”来变得更厉害。
那热处理的目的是啥呢？这可太重要啦！首先，它能让钢变得更硬更强。
想象一下，要是钢都软趴趴的，那能用来干啥呀，对吧？经过热处理，钢就可以硬起来，能承受更大的压力和力量。
其次呢，它可以提高钢的耐磨性。
就像咱的鞋子要是不耐磨，走几步路就坏了，那多闹心呀。
钢也是一样，要是不耐磨，用不了多久就不行了。
再者，热处理还能改善钢的韧性。
要是钢太脆了，稍微一碰就断了，那可不行呀！经过处理后，钢就没那么容易断啦。
还有哦，它能让钢的耐腐蚀性能变好。
就跟咱给东西涂一层保护膜似的，让钢不容易被腐蚀损坏。
比如说，咱家里用的刀具，那可就得经过热处理呀，不然切个菜都费劲，还容易坏。
还有汽车上的零件，不热处理能行么？那不得开着开着就出问题啦！这钢的热处理是不是超级重要呀？
总之呢，钢的热处理就是让钢变得更棒的一种方法，它能让钢在各种地方发挥更大的作用，为我们的生活带来便利和安全。
所以呀，可别小瞧了这钢的热处理哦！。
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法钢材热处理是指通过加热、保温和冷却等一系列工艺，改变钢材的组织和性能，以达到一定的技术要求。
在工程实践中，钢材热处理是非常重要的一环，可以有效提高钢材的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能。
下面将介绍钢材热处理的四种常见方法。
首先，淬火是一种常见的钢材热处理方法。
淬火是指将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却到室温或低温，使其组织发生相变，从而获得高硬度和高强度。
淬火是通过快速冷却来固溶过饱和的碳元素，形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度。
淬火后的钢材具有较高的表面硬度和内部强度，适用于制作刀具、弹簧等工件。
其次，回火是钢材热处理的另一种重要方法。
回火是指将淬火后的钢材加热至较低的温度，保温一定时间后再冷却，目的是消除淬火产生的残余应力和改善硬度。
回火可以使钢材获得适当的硬度和韧性，提高其耐磨性和抗断裂性能，适用于制作各种机械零件和工具。
另外，正火是一种钢材热处理方法，也称为退火。
正火是将钢材加热至适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，目的是使钢材内部组织发生均匀的晶粒再结晶和析出碳化物，从而获得较好的韧性和塑性。
正火后的钢材具有较低的硬度和较高的韧性，适用于制作焊接零件和需要较高韧性的零件。
最后，固溶处理是一种钢材热处理方法，主要用于不锈钢和高温合金等特殊钢材。
固溶处理是将钢材加热至固溶温度，然后保温一定时间后迅速冷却，目的是溶解钢材中的合金元素和固溶相，从而提高钢材的塑性和加工性能。
固溶处理后的钢材具有较好的塑性和韧性，适用于制作航空发动机零件和化工设备等高温高压工件。
综上所述，钢材热处理的四种方法分别是淬火、回火、正火和固溶处理。
每种方法都有其适用的钢材和工件类型，通过合理选择和控制热处理工艺参数，可以使钢材获得理想的组织和性能，满足不同工程要求。
在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的热处理方法，以确保钢材具有良好的性能和可靠的使用寿命。
常用钢材热处理方法及目的
常用钢材热处理方法及目的常用钢材热处理方法一.淬火将钢制零件加热到临界温度以上40~60℃，保持一定时间并快速冷却的热处理方法称为淬火。
常用的快速冷却介质为油、水和盐水溶液。
淬火加热温度及冷却介质热处理规范见表淬火的目的是：使钢件获得高的硬度和耐磨性，通过淬火钢件的硬度一般可达hrc60~65，但淬火后钢件内部产生了内应力，使钢件变脆，因此，要经过回火处理加以消除。
钢件的淬火处理，在机械制造过程中应用比较普遍，它常用的方法有：1.单液淬火：将钢件加热至淬火温度，并在一种冷却剂中冷却一段时间。
这种热处理方法称为单液淬火。
适用于形状简单、技术要求低的碳钢或合金钢，以及工件直径或厚度大于5~8mm的碳钢，用盐水或水冷却；油冷却用于合金钢。
在单液淬火中，水冷容易变形和开裂；油冷却容易产生硬度不足或不均匀。
2．双液淬火：将钢件加热到淬火温度，经保温后，先在水中快速冷却至300~400℃，在移入油中冷却，这种处理方法，称为双液淬火。
形状复杂的钢件，常采用此方法。
它既能保证钢件的硬度，又能防止变形和裂纹。
缺点是操作难度大，不易掌握。
3.火焰表面淬火：将乙炔和氧气的混合燃烧火焰喷在工件表面，加热至淬火温度，然后立即向工件表面喷水。
这种处理方法称为火焰表面淬火。
适用于单件生产，要求高表面或局部表面硬度和耐磨钢件。
缺点是操作困难。
4．表面感应淬火：将钢件放人感应器内，在中频或高频交流电的作用下产生交变磁场，钢件在磁场作用下产生了同频率的感应电流，使钢件表面迅速加热(2-10s)至淬火温度，立即把水喷射到钢件表面。
这种热处理方法，称为表面感应淬火。
经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，而内部有较好的强度和韧性。
这种方法适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件。
根据电流频率的不同，表面感应淬火可分为高频淬火、中频淬火和工频淬火。
高频淬火电流频率为100~150kHz，硬化层深度为1~3mm。
适用于齿轮、花键轴、活塞等小零件的淬火；中频淬火电流频率为500~10000Hz，硬化层深度为3~10mm。
钢的热处理
3．处理温度低，变形极小，比渗碳及表面淬火的变形小得多，一般渗氮是加工路线中最后一道工序，氮化后最多需要精磨或研磨抛光
4．具有很高的抗腐蚀性
缺点：1.渗碳时间太长，2强化渗氮必须采用特殊的合金钢
另外，由于氮的渗入，工件会略有“长大”现象。在设计尺寸要求极为严格的工件时应考虑补救
这种方法易行，设备简单，但火焰加热温度不易控制，淬火质量不够稳定
适用于单件或小批量生产的大型零件和需要局部淬火的工具或零件，如大型轴类、大模数齿轮、凹槽小孔等
常用钢材为中碳钢，如35、45及中谈合金钢，如40Cr、65Mn等，还可用于灰铸铁件、合金铸铁件。碳含量过低，淬火后硬度低，而碳和合金过高，则易脆裂，因此，以含碳量在0.35%~0.5%之间的碳素钢最适宜
低温碳氮共渗主要是为了提高合金工具钢、高速钢制工具、刀具的热硬性和耐磨性，这种碳氮共渗的结果和渗氮相似，共渗层深度可达0.02~0.06mm
中温碳氮共渗主要适用于承受压力不是很大而只受磨损的中碳结构钢零件。共渗层深度一般为0.3~0.8mm
高温碳氮共渗主要用于承受压力很大的中碳钢及合金钢的小型结构零件，也可用于低碳钢件代替渗碳，层获得1~2mm的共渗层；中温或高温碳氮共渗用于提高表面硬度、耐磨性和抗疲劳性能
3．稳定工件尺寸
钢的表面热处理
是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和塑性，或同时改变表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性及表面硬度比化学热处理更高的处理方法
名称
操作
特点
目的和应用
感应加热表面淬火
是利用感应电流通过工件表面所产生的热效应，使表面加热并经行快速冷却的淬火工艺。
3.适用于汽车、机车、柴油机、纺织机械、农业机械、机床、齿轮、枪炮、工具、模具等各种要求耐磨、耐蚀、耐疲劳的零件
钢材的热处理有以下几个方法
钢材的热处理有以下几个方法※均质退火处理简称均质化处理（Homogenization），系利用在高温进行长时间加热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称为『扩散退火』。
加热温度会因钢材种类有所差异，大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均质化处理，高碳钢在1100℃至1200℃之间，而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。
※完全退火处理完全退火处理系将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成为沃斯田体单相组织（亚共析钢）或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。
※球化退火处理球化退火主要的目的，是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成为球状，使改善钢材之切削性能及加工塑性，特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。
常见的球化退火处理包括：（1）在钢材A1温度的上方、下方反复加热、冷却数次，使A1变态所析出的雪明碳铁，继续附着成长在上述球化的碳化物上；（2）加热至钢材A3或Acm温度上方，始碳化物完全固溶于沃斯田体后急冷，再依上述方法进行球化处理。
使碳化物球化，尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂，亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。
※软化退火处理软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性，以便能再进一步加工。
此种热处理方法常在冷加工过程反复实施，故又称之为制程退火。
大部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随着加工量渐增而变大，也因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化退火热处理才能继续加工。
※弛力退火处理弛力退火热处理主要的目的，在于清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所产生的残留应力，这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形，并对材料韧性、延展性有不良影响，因此弛力退火热处理对于尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。
各种钢的热处理工艺参数
各种钢的热处理工艺参数钢的热处理是通过加热、保温和冷却的方式对钢进行加工和改变其物理和化学性质的过程。
不同类型的钢采用不同的热处理工艺参数，下面将介绍几种常见的钢的热处理工艺参数。
1.碳钢的热处理工艺参数：碳钢是含有0.15%~0.25%的碳元素的钢材。
碳钢的热处理工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度。
-加热温度：碳钢的加热温度通常在727℃~927℃之间，取决于碳钢的成分和应用。
-保温时间：碳钢的保温时间通常为1~2小时，以确保整个钢材达到所需的温度和组织结构。
-冷却速度：对于碳钢的一些热处理过程，例如正火和淬火，需要采用快速冷却的方法，以改变钢材的组织结构和硬度。
2.不锈钢的热处理工艺参数：不锈钢是一种具有抗腐蚀性能的铁合金，通常含有12%以上的铬元素。
不锈钢的热处理工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度。
-加热温度：不锈钢的加热温度通常在950℃~1150℃之间，取决于不锈钢的成分和应用。
-保温时间：不锈钢的保温时间通常为1~2小时，以确保整个钢材达到所需的温度和组织结构。
-冷却速度：不锈钢的一些热处理过程需要采用快速冷却的方法，以保持其耐腐蚀性能和结构稳定性。
3.合金钢的热处理工艺参数：合金钢是一种含有除铁和碳之外的其他合金元素的钢材。
合金钢的热处理工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度。
-加热温度：合金钢的加热温度通常在850℃~1150℃之间，取决于钢材成分和所需的性能。
-保温时间：合金钢的保温时间通常为1~4小时，以确保整个钢材达到所需的温度和组织结构。
-冷却速度：合金钢的冷却速度可以根据所需的性能来调节，通常采用淬火和调质的方法。
4.工具钢的热处理工艺参数：工具钢是一种专用钢材，通常用于制造工具和模具。
工具钢的热处理工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度。
-加热温度：工具钢的加热温度通常在850℃~1200℃之间，取决于工具钢的成分和应用。
-保温时间：工具钢的保温时间通常为1~4小时，以确保整个钢材达到所需的温度和组织结构。
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理包括三个基本过程：分解、吸收和扩散。
分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学反应，通常包括分解反应、置换反应和还原反应。
化学反应速度除取决于反应物的本性外，还与温度、压力、浓度、催化剂有关。
一般增加浓度和升高温度，能增加反应速度。
添加催化剂可以使反应速度剧增。
吸收是指一切固体都能或多或少地把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己的表面上来。
粗糙的表面比平滑的表面吸附作用强，晶界比晶内吸附作用强。
扩散是指活性原子从工件表层向内部的扩散，这是化学热处理过程中的重要环节。
扩散速度与温度和浓度梯度有关，通常温度越高，扩散越快。
以上三个过程是相互联系、相互影响的，必须同时进行，以保证化学热处理的顺利进行。
1/ 1。
钢的热处理
均匀化退火 Ac3
Ac1
完全退火 球化退火 去应力 再结晶退火 正火 退火
时间
正火的应用
① 作为低、中碳结构钢 的预备热处理，可获 得合适硬度，改善切 削加工性能，为淬火 作组织准备
温 度
② 消除过共析钢中的网 状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备
③ 作为普通结构零件的 最终热处理
均匀化退火 Ac3
三.钢在冷却时的转变
1. 过冷奥氏体的转变产物 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体
不稳定组织
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变
珠光体转变 过冷奥氏体 贝氏体转变 马氏体转变
2.过冷奥氏体转变图
等温冷却 冷却 连续冷却 将钢迅速冷却至临界点A1以下的某 一温度，使奥氏体在该温度下转变 将钢以某种速度不停顿地冷却，使 奥氏体在连续降温过程中转变
新平科培训
钢的热处理
学习内容
热处理的原理
钢 的 热 处 理
钢的加热和冷却
钢的热处理
第一节 概
一。热处理的目的
述
通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善 其工艺性能和使用性能。充分挖掘钢材的潜力，延长零 件的使用寿命，提高产品质量，节约材料和能源。
二。热处理的原理
钢中组织转变的规律是热处理的理论基础，称为 “热处理原理” 。
固溶体 合金的构造 化合物
间隙固溶体 置换固溶体
金属化合物
金属与非金属化合物
机械混合物
固溶体是在固态下，以一种 金属元素的晶格为溶剂，其 他元素的原子为溶质，在一 定条件下，溶质原子溶入溶 剂晶格中，构成的均匀固体。 分为间隙固溶体和臵换固溶 体。譬如铁素体
化合物：是构成合金 的元素相互化合而生 成的新物质。譬如渗 碳体
钢的热处理
• 无论是上贝氏体还是下贝氏体，其中的铁素体与 母相奥氏体之间的晶体学位向关系均遵循K-S关 系。上贝氏体中铁素体的惯习面为{111}γ；下贝 氏体中铁素体的惯习面为{225}γ。
片状珠光体的片层间距和珠光体团的示意图
a) 珠光体的片层间距；b) 珠光体团
片状珠光体形核与长大过程示意图 珠光体团直径和片层间距越小，强度、硬度越高，塑性也越好。
根据片层间距的大小，可将片状珠光体细分为以下三类： (1) 珠光体：在A1~650℃范围内形成，层片较粗，片层间 距平均大于0.3μm，在放大400倍以上的光学显微镜下便可分 辨出层片，硬度10～20HRC；
2. 不完全退火
将亚共析钢在 Ac1~Ac3 之间或过共析钢在 Ac1~Accm之间 两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺，称 为不完全退火。 不完全退火的目的是：改善珠光体组织，消除内应力， 降低硬度以便切削加工。 亚共析钢不完全退火的温度一般为740~780℃，其优点 是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。 3. 球化退火
针片状马氏体的立体形态呈凸透镜状，显微组织常呈片 状或针状。针片状马氏体之间交错成一定角度。最初形成的 马氏体针片往往贯穿整个奥氏体晶粒，较为粗大；后形成的 马氏体针片则逐渐变细、变短。由于针片状马氏体内的亚结 构主要为孪晶，故又称它为孪晶马氏体。
高 碳 马 氏 体 的 形 成 过 程
2、性能特征 高硬度是马氏体的主要特点。马氏体的硬度主要受含碳 量的影响，在含碳量较低时，马氏体硬度随着含碳量的增加 而迅速上升；当含碳量超过0.6％之后，马氏体硬度的变化 趋于平缓。含碳量对马氏体硬度的影响主要是由于过饱和碳 原子与马氏体中的晶体缺陷交互作用引起的固溶强化所造成。 板条马氏体中的位错和针片状马氏体中的孪晶也是强化的重 要因素，尤其是孪晶对针片状马氏体的硬度和强度的贡献更 为显著。 一般认为马氏体的塑性和韧性都很差，实际只有针片状 马氏体是硬而脆的，而板条马氏体则具有较好的强度和韧性。
钢的热处理
第五章钢的热处理热处理——固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。
•特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸•目的：改善材料的使用、工艺性能•基本过程：加热→保温→冷却•分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火2、表面热处理——表面淬火、化学热处理第一节钢在加热时的组织转变实际加热和冷却时的相变点：平衡时—— A1 A3 Acm加热时—— Ac1 Ac3 Accm冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm一、奥氏体的形成加热工序的目的：得到奥氏体F + Fe3C → A结构体心复杂面心含碳量 0.0218 6.69 0.77共析钢奥氏体形成过程：1、形核（在 F / Fe3C相界面上形核）2、晶核长大（F→ A晶格重构，Fe3C溶解，C→ A中扩散）3、残余Fe3C溶解4、奥氏体均匀化保温工序的目的：得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散对亚共析钢： P + F → A + F → A对过共析钢： P + Fe3CⅡ→ A + Fe3CⅡ→ A二、奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒度•晶粒度——晶粒大小的尺度。
•本质粗晶粒钢——长大倾向较大（Al脱氧）•本质粗晶粒钢——长大倾向较小(Mn,Si脱氧)2、影响奥氏体晶粒长大的因素（1）加热温度↑，保温时间↑→ A晶粒长大快（2）加热速度↑→ A晶粒细（3）加入合金元素→ A晶粒细（4）原始组织细→ A晶粒细第二节钢在冷却时的组织转变冷却方式：等温冷却和连续冷却。
45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。
冷却是热处理的关键，故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。
一、过冷奥氏体等温转变1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线或TTT线）的建立•过冷奥氏体：在A1以下，未发生转变的不稳定奥氏体。
•孕育期——表示过冷A 的稳定程度•四个区域——奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、转变产物区、转变区•三种转变类型：高温转变（A1~550℃）：A → P中温转变（550~230℃）：A → B低温转变（230℃以下）：A → M2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能(1)珠光体转变•珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是扩散型相变•形态：A1~650℃：珠光体 P 20HRc 片状650~600℃：索氏体 S（细P）…600~550℃：托氏体 T（极细P又称屈氏体）40HRc 球状—— Fe3C 呈球状•珠光体性能珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑C%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少→HB↓，σb↓，δ↑,αk↑(2)贝氏体转变•贝氏体组成：过饱和F 和碳化物的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是半扩散型相变•形态：550~350℃：上贝氏体（B上）羽毛状组织塑性差40-45HRc 350℃~ Ms：下贝氏体（B下）针片状组织综合性能好45-50HRc过冷奥氏体在Ms点以下，A→M属连续冷却转变。
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实验2 钢的热处理及热处理后的显微组织观察一．实验目的1)熟悉钢的几种基本热处理操作(退火、正火、淬火、回火等)；2)了解加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对45钢热处理后性能(硬度)的影响；3)观察碳钢热处理后的显微组织；4)了解热处理工艺对钢组织和性能的影响；5)学会硬度计的使用。
二．概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。
正确选择这三者的规范，是热处理成功的基本保证。
1)加热温度的选择(1)退火加热温度一般亚共析钢加热至A c3+(20～30)℃(完全退火)。
共析钢和过共析钢加热至A c1+(20～30)℃(球化退火)，目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善高碳钢的切削性能。
(2)正火加热温度一般亚共析钢加热至A c3+(30～50)℃；共析钢加热至A c1+(30～50)℃；过共析钢加热至A ccm+(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。
退火和正火加热温度范围选择见图3—1 6.(3)淬火加热温度一般亚共析钢加热至A c3+(30～50)℃，共析钢和过共析钢加热至A c1+(30～50)℃，见图3—17。
各种碳钢的临界点见表3—7。
(4)回火温度的选择钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能(工厂中常常是根据硬度的要求)，按加热温度高低回火可分为三类：①低温回火在150℃～250℃的回火称为低温回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为60HRC。
其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。
低温回火常用于高碳钢制造的切削刀具、量具和滚动轴承件。
②中温回火在350℃～500℃的回火称为中温回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为40HRC～48HRC。
其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。
主要用于碳质量分数为0．5％～O ．8 9／6的弹簧钢热处理。
图3-16 退火和正火的加热温度范围 图3-17 淬火的加热温度范围表3-7 个种碳钢的临界点③高温回火 在500℃～650℃的回火称高温回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为25HRC ～35HRC 。
其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好冲击韧性的综合机械性能。
所以把淬火后经高温回火的处理称为调质处理，用于中碳结构钢。
2)保温时间的确定为了使工件内外各部分温度约达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏 体成分均匀化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。
通常将工件升温和保温所需时 间算在一起，统称为加热时间。
热处理加热时间必须考虑许多因素，例如工件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉 量，装炉时炉子温度、钢的成分和原始组织，热处理的要求和目的等等。
实际工作中多根据经验大致估算加热时间。
一般规定，在空气介质中，升到规定温度 后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度每毫米需一分钟到一分半钟估算；合金钢按每毫 米二分钟估算。
在盐浴炉中，保温时间则可缩短为空气介质中保温时间的21～31。
3)冷却方法热处理时的冷却方式要适当，才能获得所要求的组织和性能。
退火一般采用随炉冷却。
正火采用空气冷却，大件可采用吹风冷却。
淬火冷却方法非常重要，一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；另一方面冷却应尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。
为了解决上述矛盾，可以采用不同的冷却介质和方法，使淬火工件在奥氏体最不稳定的温度范围内(650℃～550℃)快冷，超过临界冷却速度，而在M s(300~C～100℃)点以下温度时冷却较慢，理想的冷却速度如图3～18所示。
碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可是不平衡组织(如淬火组织)，因此在研究热处理后的组织图3-18 淬火时的理想冷却曲线示意图时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。
铁碳相图能说明慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，计算相的质量分数。
C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织。
4)钢冷却时所得的各种组织组成物的形态(1)珠光体(P)是铁素体与渗碳体的机械混合物，层片较粗。
(2)索氏体(S)是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其层片比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700倍以上)放大下才能分辨。
(3)屈氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物。
片层比索氏体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。
当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。
当析出量较多时，呈黑色块状。
只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层。
(4)贝氏体是奥氏体中温转变的产物，贝氏体也是铁素体与渗碳体的两相混合物，但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。
其组织形态主要有二种：①上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。
当转变量不多时。
在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特征。
在电镜下铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列，渗碳体沿条的长轴方向排列成行。
②下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的混合物组织。
由于下贝氏体易受浸蚀．所以在显微镜下呈黑色针状，在电镜下是以片状铁素体为基体，其中分布着很细的碳化物片，碳化物片分布大致与铁素体片的长轴呈55°～65°的角度。
(5)马氏体(M)是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，马氏体可分为两大类，即板条状马氏体和片状马氏体。
①板条状马氏体在光学显微镜下，板条状马氏体的形态呈现为一束束相互平行的细长条状马氏体群，在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群。
每束内的条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差。
板条状马氏体的立体形态为细长的板条状，其横截面据推测呈近似椭圆形。
由于板条状马氏体形成温度较高，在形成过程中常有碳化物析出，即产生自回火现象，故在金相试验时易被腐蚀呈现较深的颜色。
在电子显微镜下，马氏体群是由许多平行的板条所组成。
经透射电镜观察发现，板条状马氏体的亚结构是高密度的位错。
含碳低的奥氏体形成的马氏体呈板条状，故板条状马氏体又称低碳马氏体，因亚结构为位错又称位错马氏体。
②片状马氏体在光学显微镜下，片状马氏体呈针状或竹叶状，片间有一定角度，其立体形态为双凸透镜状。
因形成温度较低，没有自回火现象，故组织难以浸蚀，所以颜色较浅，在显微镜下呈白亮色。
用透射电镜观察，其亚结构为孪晶。
含碳高的奥氏体形成的马氏体呈片状，故片状马氏体又称高碳马氏体；根据亚结构特点，又称孪晶马氏体。
马氏体的粗细取决于淬火加热温度，即取决于奥氏体晶粒的大小。
高碳钢在正常淬火温度下加热，淬火后得到细针状马氏体，在光学显微镜下呈布纹状，仅能隐约见到针状，故又称为隐晶马氏体。
如淬火温度较高，奥氏体晶粒粗大，则得到粗大针状马氏体。
(6)残余奥氏体(Ar) 当奥氏体中碳质量分数大于0．5％时，淬火时总有一定量的奥氏体不能转变成为马氏体，而保留到室温，这部分奥氏体即为残余奥氏体。
它不易受硝酸酒精溶液的浸蚀，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，无固定形态，淬火后未经回火时，残余奥氏体与马氏体很难区分，都呈白亮色。
只有回火后才能分辨出马氏体间的残余奥氏体。
5)钢淬火回火后的组织淬火钢经不同温度回火后，所得的组织通常分为三种：(1)回火马氏体是淬火钢在150℃～250℃之间进行低温回火时，马氏体内析出碳化物，这种组织称为回火马氏体。
与此同时，残余奥氏体也开始转变为回火马氏体。
在显微镜下回火马氏体仍保持针(片)状形态。
因回火马氏体易受浸蚀。
所以为暗色针状组织。
回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性较淬火马氏体有明显改善。
(2)回火屈氏体是淬火钢在350℃～500℃进行中温回火，所得的组织是铁素体与粒状渗碳体组成的极细密混合物。
组织特征是，铁索体基本上保持原来针(片)状马氏体的形态，而在基体上分布着极细颗粒的渗碳体，在光学显微镜下分辨不清，为黑点。
但在电子显微镜下可观察到渗碳体颗粒。
回火屈氏体有较好的强度，最佳的弹性，韧性也较好。
(3)回火索氏体是淬火钢在500℃～650℃高温回火时所得到的组织。
它是由粒状渗碳体和等轴形铁素体组成的混合物。
在光学显微镜下可观察到渗碳体小颗粒，它均匀分布在铁素体中，此时铁素体经再结晶已消失针状特征，呈等轴细晶粒。
回火索氏体组织具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。
三．实验内容1）按表3-8所列工艺进行热处理操作实验；2）测定热处理后试样的硬度（炉冷试样测HRB，其余试样测HRC）；3）观察表3-9中样品的显微组织。
表3-8热处理实验任务表（45钢）表3-9观察样品的材料，热处理工艺和显微组织图3-19 45钢860℃气冷组织图3-20 45钢860℃油冷组织索氏体+铁素体马氏体+屈氏体图3-21 45钢860℃淬火组织： 图3-22 45钢调制后组织：马氏体 回火索氏体图3-23 T12钢760℃球化退火组织： 图3-24 T12钢780℃水冷+200℃回火组织：球化体 回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体四．实验步骤1)全班分成两组，每组一套45钢试样8块，炉冷试样由实验室事先处理好。
2)将45钢试样分别放入860℃和750℃炉子内加热，保温15min ～20min 后，分别进行水冷、油冷、空冷操作。
3)每组将水冷试样中各取出三块分别放入200℃、400℃、600℃的炉内进行回火，回火保温时间为30min 。
4)淬火时，试样要用钳子夹住，动作要快，并不断在水或油中搅动，以免影响热处理质量。
取放试样时要事先将炉子电源关闭。
5)热处理后的试样用砂纸磨去两端面氧化皮，然后测量硬度(H R C 或H R B )。
6)每个同学都将自己测定的硬度值填人表3-8中(每个试样打三点)，并记下实验的全部数据资料，以供分析。
7)观察表3-9中样品的显微组织。
8)画出所观察样品的组织示意图，并注明材料、处理工艺、放大倍数、组织名称、浸蚀剂等。
五．实验报告要求1)写出实验目的。
2)列出全部实验资料，填表3-8(将HRC、HRB的数值按表3-14换算为HB。
)3)分析淬火温度、淬火介质及回火温度对45钢性能(硬度)的影响，画出它们同硬度的关系的示意曲线，并根据铁碳相图、C曲线(或CCT曲线)和回火时的转变阐明硬度变化的原因。
4)画出所观察样品的显微组织图，标上组织组成物，说明组织特征。
六．思考题1)45钢常用的热处理是什么?它们的组织是什么?有何工程应用?2)退火状态的45钢试样分别加热到600℃～900℃之间不同温度后，在水中冷却，其硬度随加热温度如何变化?为什么?3)45钢淬火后硬度不足，如何用金相法判断是淬火加热温度不足还是冷却速度不够?4)45钢调质处理得到的组织和T12球化退火得到的组织在本质、形态、性能上有何差异?。